STEM CELL DALAM TERAPI PENYAKIT KARDIOVASKULAR
Djanggan Sargowo Dosen Fakultas Kedokteran Universitas Wijaya Kusuma Surabaya Abstrak Penyakit jantung, termasuk didalamnya Infark miokard dan Iskemik miokard merupakan penyakit yang berhubungan dengan kehilangan yang permanen dari kardiomiosit dan vaskuler, baik dengan cara apoptosis ataupun nekrosis. Bagaimanapun, kemampuan alami tubuh untuk memperbaki dan memperbarui jaringan miokard tidak efektif seperti yang terjadi pada terapi yang saat ini dipergunakan untuk mencegah remodeling dari ventrikel kiri. Transplantasi sel telah muncul sebagai terapi yang berpotensial untuk mempopulasikan dan memperbaiki miokard yang rusak secara langsung. Suatu analisa yang detail dan melihat ke depan sedang di kembangkan pada aplikasi stem cell, keduanya dalam bidang penelitian dan kardilogi klinis disajikan pada tulisan ini, menyorot mengenai penggunaan stem cell/ progenitor sel pada spektrum luas termasuk di dalamnya mengenai stem sel embrionik dan fetal, mieloblast, dan stem sel sumsum tulang pada orang dewasa. Sebuah diskusi mengenai perbandingan yang terbaru dari penggunaan tipe sel donor, dan evaluasi dari gangguan miokard yang mungkin paling dapat diterima sebagai terapi stem cell. Fusi sel dan transdiferensiasi dari sel miokard memiliki peranan penting pada transplantasi stem cell, kekurangan khususnya dalam bidang teknologi, dan rekomendasi cara-cara praktis untuk mengatasi masalah ini juga disajikan dalam tulisan ini. Kata Kunci : Stem cell, diferensiasi, kardiomiosit, penyakit jantung, infark miokard, iskemia miokard.
STEM CELL THERAPY IN CARDIOVASCULAR DISEASE Djanggan Sargowo Lecturer Faculty of Medicine, University of Wijaya Kusuma Surabaya Abstract Heart disease including myocardial infarction and ischemia is associated with the irreversible loss of cardiomyocytes and vasculature, both via apoptosis or necrosis. However, the native capacity for the renewal and repair of myocardial tissue is inadequate as have been current therapeutic measures to prevent left ventricular remodeling. Cell transplantation has emerged as a potentially viable therapeutic approach to directly repopulate and repair the damaged myocardium. A detailed analysis and a vision for future progress in stem cell application, both in research and clinical cardiology are presented in this review, highlighting the use of wide spectrum of stem/progenitor cell types including embryonic or fetal stem cell, myoblast, and adult bone marrow stem cells. An up-to-date comparison of donor cell-types used, and evaluation of the myocardial disordersthat migh be most amenable to stem cell therapy are discussed. The roles that myocardial cell fusion and transdifferentiation play in stem celkl transplantation, the specific shortcomings of available technologies, and recommenadations for practical ways that these concerns might be overcome, are also presented. Keywords : stem cells, differentiation, cardiomyocytes, heart disease, myocardial infarct, myocardial ischemia.
1. Latar Belakang Kemajuan mutakhir dalam bidang penelitian stem cell telah dikonfirmasi berpotensial untuk digunakan untuk regenerasi jaringan. Penyakit jantung, termasuk infark miokard dan iskemi merupakan penyakit yang berhubungan dengan kehilangan yang permanen dari kardiomiosit dan vaskuler, baik dengan cara apoptosis ataupun nekrosis. Kemampuan alami tubuh untuk memperbaki dan memperbarui jaringan miokard tidak efektif seperti yang terjadi pada terapi yang saat ini dipergunakan untuk mencegah remodeling dari ventrikel kiri. Transplantasi sel, yang secara langsung bertujuan untuk mrmpopulasikan jaringan memberikan metode terapi yang dapat digunakan untuk memperbaiki jaringan miokard yang rusak. Bagaimanaupun, disamping kemajuan yang mengagumkan pada bidang ini, terdapat masalah yang cukup signifikan pula, terutama masalah etik, tumorigenic, potensial arrythmogenic yang pada tehnik ini menyajikan diferensiasi pada sel somatic. Terlebih, ketidakpastian mengenai apakah sel membentuk jaringan baru atau apakah sel akan mengeluarkan materi yang justru akan merugikan sel yang sudah ada. 2.Pendahuluan Penyakit jantung merupakan masa kesehatan endemic terbesar di dunia. Terlepas dari pertimbangan klinis dan usaha yang besar pada dekade terakhir ini dan perkembangan obat-obatan baru dan terapi bedah, mortalitas dan morbiditas tetap sangat tinggi. Karena keterbatasan potensial sel miokard untuk memperbaiki dan memperbarui dirinya sendiri, maka sejumlah proporsi otot jantung secara signifikan kehilangan kemampuannya untuk bekerja, dan kehilangan ini mungkin menjadi factor terpenting pada kejadian gagal jantung yang timbul pada apasien dengan penyakit coronary artery dan dilatasi kardiomiopati. Sampai akhir-akhir ini, metode reperfusi untuk iskemik miokard merupakan satusatunya intervensi yang tersedia untuk mengganti beragam fungsi selular yang terimbas oleh iskemi miokard, termasuk
mencegah kematian sel karena proses nekrosis atau apoptosis. Sayangnya, metode reperfusi menghasilkan kerusakan miokard yang luas, termasuk miokard stunning, dan pemulihan jantung dapat muncul hanya setelah periode disfungsi kontraktile yang dapat memakan waktu berjam-jam sampai beberapa hari. Hal ini merupakan bukti bahwa keterbatasan kapasitas regenerasi dan proliferasi dari kardiomiosit manusia tidak dapat mencegah pembentukan formasi scar yang mengikuti infark miokard maupun kehilangan dari fungsi jantung yang muncul pada pasien dengan gagal jantung dan kardiomiopati. Fungsi penggantian dan regenarasi otot jantung merupakan tujuan akhir yang sangat penting, yang dapat didapatkan baik dengan menstimulus autologous kardiomiosit resident atau dengan trasplantasi sel allogenic ( contoh : stem sel embrionik, sel mesenchym sumsum tulang, atai myoblast tulang). Bagaimanapun, berbagai masalah untuk mencapai keberhasilan implantasi sel ini tetap ada, dan akan dibahas pada tulisan ini. 3. Stem Cell Embrionik (ES) Stem sel yang paling primitive dari semua stem sel adalah stem sel ambrionik (ES) yang berkembang sebagai massa pada inner cell pada blastosit manusia pada hari 5 setelah fertilisasi. Pada tahap awal ini, sel ES mempunyai potensial masa perkembangan yang tercepat dikarenakan sel ini dapat berkembang menjadi 3 lapis bakal embrio. Jika diisolasi dan dikembangkan pada media kultur yang tepat, pluripotenst tikus dan sel ES manusia dapat melakukan proliferasi sel dan membentuk bentukan agregasi embrio (embryoid bodies) in vitro, beberapa dapat berkontraksi spontan (gambar 1). Badan embrio berisi populasi campuran dari berbagai diferensiasi tipe sel termasuk didalamnya kardiomiosit, berdasar pada tanda gen spesifik kardiak seperti cardiac –myosin heavy chain, troponin I dan T kardiak, factor natriuretik atrial, dan factor transkripsi kardiak GATA-4, Nkx2.5, dan MEF-2. Ultrastruktur selular, dan aktivitas elektrik ekstraselular [1-3]. Kardiomiosit ini dapat dari atrium pacemaker dan tipe seperti
ventrikel dan keduanya dapat dibedakan
berdasarkan pola spesifik aksi potensial.
Gambar. (1). Pluripoten sel induk embrionik secara spontan berdiferensiasi menjadi sel-sel progenitor endotel (EPC), hemangioblasts, sel-sel batang mesenchymal dan badan embryoid (agregat embrio-suka). Hemangioblasts menghasilkan lebih membedakan kedua sel induk hematopoietik (HSC) dan EPC yang menimbulkan baik darah pembuluh darah dan komponen myocyte. Di bawah kondisi yang sesuai (sebagian besar yang tetap akan ditentukan), kardiomiosit dapat membentuk dari tubuh embryoid maupun dari EPC dan stem sel mesenchymal (Gracia JM. CSCRT. 2006). Sementara itu peristiswa selular dan molekular yang tepat yang berisi jalur sel ES pada diferensiasi spesifik kardiomiosit sebagian besar masih tetap belum ditentukan, proses yang signifikan telah dibuat untuk mengidentifikasi faktor yang meregulasi dimana factor tersebut dapat menigkatkan atau menghambat proses (gambar 2). Diferensiasi sampai ke tipe sel partikular tergantung pada faktor ini. Misalnya , penghambatan sinyal bone morphogenetic protein (BMP) oleh antagonisnya Noggin menginduksi diferensiasi kardiomiosit dari sel ES tikus [7], sementara asam retinoic secara spesifik menginduksi pembentukan formasi dari kardiomiosit ventricular yang spesifik. Nitrit oxide (NO), dihasilkan pula oleh aktivitas NO sintetase atau eksposur NO eksogen yang juga telah terlibat pada kemajuan diferensiasi spesifik kardiomiosit dari sel ES tikus. Diferensiasi kardiomiosit pada sel ES manusia dapat ditingkatkan menggunakan treatmen 5-aza-2’deoxycytidine [10]. Juga IGF-1 dapat meningkatkan diferensiasi fenotip dan ekspresi dari fenotip kardiomiosit pada sel ES secara in vivo
[1]. Menariknya, peningkatan level dari stress oksidatif muncul untuk mengurangi perkembangan kardiotipik dari badan embrio. Penelitian awal dengan menggunakan kardiomiosit fetus dan transplantasi sel ES dilaporkan sukses membentuk formasi grafts yang stabil dan discus intercalates nascent diantara graft dan host sel miokardial. [13-14]. Sebagai tambahan, kedaua-duanya, baik fetal maupun stem sel embrionik menghasilkan kardiomiosit mempertahankan properti elektromechanical miokard. Sel ES manusia berasal. Demikian pula, transplantasi turunan sel ES kordiomiosit manusia mampu berintegrasi dengan cepat secara in vivo pada jantung babi yang mengalami blok atroventrikular lengkap, seperti yang telah ditunjukkan secara rinci dengan menggunakan pemetaan elektrofisiologi yang detail dan penelitian histopatologi. Kesamaan fenotipe sel ES terdiferensiasi yang telah ditransplantasikam sulit untuk dibedakan dengan cardiomiosit fetalt (terutama pada manusia) menunjukkan bahwa sel ES dapat menjadi pengganti kardiomiosit
janin pada manusia pada dalam melakukan prosedur engraftment jantung [14]. Ketika kardiomiosit janin tikus ditransplantasikan ke jantung yang telah mengalami iskemik, sebagian besar kardiomiosit mati setelah ditransplantasikan [15]. Penemuan bahwa tidak terdapat peningkatan ukuran graft yang muncul ketika jumlah kardiomiosit yang disuntikkan ditingkatkan mendorong untuk dilakukan pertimbangan ulang mengenai penggunaan klinis tranplantasi kardiomiosit sebagai pengobatan pada penyakit jantung iskemik. Hal ini memperjelas bahwa dibutuhkan lebih banyak penelitian untuk mengembangkan strategi yang sukses yang dapat memaksimalkan kemampuan bertahan hidup dan proses diferensiasi dari sel kardiomiosit yang dicangkokkan. 3.1 Keuntungan Transplantasi Sel ES Sel-sel ES yang diperoleh dari lapisan bagian dalam blastocyst dapat dengan mudah dan reproduktif, dan menunujukkan pertumbuhan fenotipe yang sangat baik, baik secara in vivo maupun in vitro. Pengembangan dan penerapan jalur sel ES (P19 misalnya), yang sangat informatif dalam hal indentifikasi dan karakterisasi faktor regulasi., activator transkripsi dan
transduksi terlibat dalam diferensiasi kardiomiosit, juga mungkin berguna pada terapi transplantasi sel [17-19]. Data awal menunjukkan bahwa sel ES dapat menjadi suatu nilai tertentu sebagai target dan memodifikasi fenotipe cacat jantung bawaan [20-21]. Setelah keamanan dikonfirmasi, studi klinis lebih lanjut harus membahas penggunaan sel ES yang ditargetkan sebagai terapi pada bayi / anak-anak dengan penyakit jantung berat termasuk cardiomiopati, cacat jantung bawaan dan aritmia. Sel-sel ES juga mungkin lebih dapat menerima rekayasa ex vivo melalui modifikasi DNA (misalnya terapi gen, transfeksi virus, knockouts dan gen overexpressed). Faktanya, transformasi dari kardiomiosit normal pada sel pacemaker telah berhasil dicapai pada hewan model dengan cara menginjeksi vector plasmid atau virus yang membawa gen pengkode terapi berupa protein yang spesifik [2224]. Dalam cara ini, sel ES ditransfeksi dengan reseptor adrenergic β-2 yang terover-ekspresi, atau protein pada channel ion dapat ditransplantasikan untuk mengembalikan fungsi sel-sel miokard yang rusak. Namun, keamanan dan kemanjuran metodologi ini harus benarbenar terbukti sebelum digunakan pada manusia yang mengalami aritmia jantung.
Gambar. (2). Signaling jalur berpotensi terlibat dalam diferensiasi kardiomiosit. BMP, protein morphogenetic tulang; Wnt, campuran dari bersayap (Wg) dan int (lokus integrasi); FGF, faktor pertumbuhan fibroblast, OM, membran luar; transisi permeabilitas (PT) membuka pori-pori, PLC, fosfolipase C. 3.2. Keterbatasan dan Kekhawatiran Mengenai Transplantasi ESC Pertimbangan mengenai kekhawatiran masalah etika dan hukum tentang penggunaan sel-sel ES tetap ada, dan masalah ini telah merintangi penelitian upaya lebih lanjut, dimana upaya tersebut diperlukan karena dapt memberikan jalur sel sehingga dapat menjawab banyak pertanyaan mengenai efikasi, stabilitas jangka panjang, fungsi dan bahkan tingkat efek negatif dari transplantasi sel ES pada penyakit kardiovaskuler (dan juga di penyakit manusia lainnya). Sebuah keprihatinan sering diajukan tentang penggunaan sel-sel ES berhubungan dengan sumbernya (yakni apakah sel-sel tersebut berasal dari jalur sel atau langsung dari embrio), terutama heterolog versus autologous, muncul problem potensial jika menghasilkan reaksi alogenik atau rejeksi imun pada saat transplantasi. Sebagai tambahan, sel ES pluripoten yang berpotensial mempunyai pertumbuhan yang tak terbatas dapt menghasilkan efek
tumorigenic, sehingga merupakan saran yang baik untuk dilakukan screening pembentukan teratoma. Terlebih lagi, terdapat bukti bahwa diferensiasi dari populasi sel ES yang heterogen tidak terlalu efisien, meskipun beberapa agen (misalnya asam retinoat) tampaknya efektif dalam mengaktifkan perluasan yang lebih bagus pada mediated-sel ES yang terdiferensiasi sel kardiomiosit spesifik. Stablitas jangka panjang pada fenotipe sel ES yang terdiferensiasi juga mendapat perhatian yang beragam karena beberapa penelitian telah menunjukkan hilangnya diferensiasi sel ES kardiomiosit dari waktu ke waktu. Transplantasi sel ES progeny mungkin tidak selalu memiliki fungsi normal karena sel-sel ES dapat memicu aritmia pada jantung yang ditransplantasi. Di sisi lain, penerapan sel-sel ES dalam memperbaiki jantung yang rusak akibat penuaan juga terbatas; bagaimanapun juga keterbatasan ini telah diusulkan, saat ini tidak ada pendukung data yang solid. Namun demikian, tranplantasi sel (baik ES atau stem sel dewasa) pada jantung
manula telah terbukti kurang efektif. Ketidakmampuan miokardium yang rusak untuk menyediakan molekul sinyal yang tepat untuk engraftment stem sel tampaknya membatasi kapasitas sel-sel tersebut untuk rekrutment dan berintegrasi ke dalam miokardium yang telah mengalami penuaan [16]. 3.3. Rekomendasi 1. Penggunaan terapi tranplantasi sel ES pada penyakit jantung terutama membutuhkan demonstrasi yang ketat yang dapat bekerja secara stabil dan dengan efek samping yang terbatas. 2. Meskipun dikenakan dana yang terbatas dari pemerintah federal, sumber baru sel-sel ES dan cell-lines untuk penelitian transplantasi sel ES perlu untuk ditingkatkan dan tampaknya akan ditingkatkan, memberikan kekuatan yang luas pada dunia, korporasi dan dana dari Negara yang berminat pada teknologi dan manfaat dari peneltiian ini. Invenstigasi menjadi cara baru untuk mengisolasi dan mengkultur autolog sel ES juga harus terbukti menjadi sesuatu yang penting. 3. Pemahaman secara menyeluruh tentang faktor-faktor yang mungkin dapat menghambat penempatan sel-sel ES ke jantung dan menstimulasi atau mengarahkan diferensiasi sel-sel ES untuk menjadi kardiomiosit yang berfungsional saat ini tampaknya belum sempurna. (kritik juga berlaku untuk stem sel dewasa). Identifikasi factor-faktor ini seperti juga mekanisme kerjanya sepertinya akan mengoptimalkan penempatan dan proses diferensiasi serta berkontribusi untuk mendefinisikan scenario kasus terbaik dimana transplantasi sel ES akan bermanfaat. 4. Sel Rangka Myoblast Dewasa Transplantasi satelit sel stem (myoblast) dari otot rangka dapat dengan sukses ditempatkan dan ditanamkan pada mikoard yang rusak, mencegah progresifitas dilatasi ventrikel dan meningkatkan fungsi jantung. Myoblast ini dapat disalurkan ke miokardium dengan cara impalantasi intra mural atau melalui arteri, dan akhir-akhir ini penyebaran yang efektif dari metode kateter yang kurang invasif telah
dilaporkan [30]. Sel otot rangka satelit pada kultur dapat berproliferasi secara berlimpah, dan dapat dengan mudah tumbuh dari pasien sendiri (diturunkan sendiri atau autolog) dengan demikian menghindari respon imun yang potensial. Myoblast relatif resisten terhadap iskemi (dibandingkan dengan kardiomiosit yang menjadi rusak dalam waktu 20 menit) karena myoblasts dapat bertahan beberapa jam dari proses iskemia berat tanpa terjadi cedera yang ireversibel. Manfaat fungsional dari transplantasi intramiokardial myoblast skeletal dalam meningkatkan miokardium yang rusak sekunder terhadap iskemia telah didokumentasikan [32]. Percobaan klinis menunjukkan efikasi dari transplantasi myoblast rangka autolog pada pasien dengan disfungsi ventrikel kiri [27,33]. Penggunaan myoblast rangka, disalurkan via injeksi intramiokard multiple, efektif dalam memulihkan fungsi ventrikel kiri pada model hewan hamster Syrian yang mengalami dilatasi kardiomiopati, menunujukkan bahwa manfaat fungsional dari transplantasi myoblast rangka dapat diperpanjang untuk kardiomiopati noniskemik [34]. 4.1 Keuntungan Myoblast
Transplantasi
Sejak myoblast dapat berasal dari autolog dan menyebar secara baik dalam sediaan kultur, sejumlah besar sel dapat diperoleh hanya sejumlah kecil sampel biopsi otot skeletal (seperti yang didapatkan dari pasien) dalam periode yang relatif singkat. Apabila dibandingkan dengan transplantasi sel otot jantung, sel mioblas tampak lebih tahan terhadap kerusakan apoptosis yang sedang berlangsung, yang seringkali berlangsung pada lokasi iskemik. 4.2 Batasan dan Perihal Mengenai Transplantasi Mioblast Sementara beberapa laporan menunjukkan bahwa subpopulasi dari mioblas skeletal tertransplantasi telah mampu bertransdifrensiasi menjadi sebuah fenotip-sel otot jantung dengan peningkatan ekspresi dari genetic jantung (35-36),sedangkan yang lainnya tidak
mampu berreplikasi dari donor mioblas transdifrensiasi menjadi sel otot jantung (37). Konsensus yang ada dari sebagian besar ahli pada bidang ini menyatakan bahwa cangkokan sel mioblas awalnya tetap bukanlah sel otot jantung. Sedangkan, sejumlah bukti menyatakan bahwa ketika mioblast dimplantasikan ke dalam jantung, proses perkembangannya dipengaruhi sebagaimana cara lingkungan jantung sehingga hal tersebut mampu memperbaiki kinerja jantung. Mioblast skeletal ditanamkan ke dalam sebuah miokard yang cedera berdifrensiasi menjadi bersifat tahan-kelelahan, fenotipe kejangan lambat diadaptasi untuk menjadi beban kerja jantung. Terlebih, graft myoblast mungkin menunjukkan koneksi antar sel yang tidak kompetibel dengan kardiomiosit residen dan tidak berespon dengan cara yang sama terhadap sinyal elektrik dan stimulus. Sementrara studi preklinis awal tidak tidak mendeteksi adanya bukti aritmia, studi klinis barubaru ini telah mengungkapkan bahwa subset dari pasien yang menerima transplantasi myoblast rangka dapat mengalami aritmia yang parah dan membahayakan nyawa. Penyebab yang tepat terhadap terjadinya aritmia ini masih belum jelas namun mungkin terkait dengan sifat listrik heterogen dan interaksi anatra sel donor dengan sel penerima. Di lain pihak, aritmia mungkin dipicu oleh medium yang digunakan untuk memperkenalkan sel, bukan oleh sel-sel sendiri [41]. Sebagai sisipan, manfaat fungsional dari tranplantasi myoblast mungkin berhubungan dengan dengan keterbatasan remodeling pos infark dan / atau efek parakrine dari myoblast yang ditransplantasikan pada jaringan resipien, bukan kontribusi pencagkokan myoblast untuk meningkatkan fungsi sistolik ventrikel. 4.3 Rekomendasi Lebih Lanjut Sementara studi preklinis dengan transplantasi sel stem dan myoblast telah menunjukkan efikasi yang sama [42-43], ada kebutuhan untuk evaluasi rinci mengenai menfaat relatif, efek samping dan efisiensi myoblast rangka dan tranplantasi stem sel dalam setting klinis
(misalnya kegagalan jatung) vis a vis perbaikan infark miokard. Metode baru untuk menilai dan mengoptimalkan perekrutan dan kelangsungan hidup pasca tranplantasi secara lebih baik, khususnya dalam jangka panjang, perlu untuk dkembangkan dan repertoar yang efektif, penyaluran sel yang kurang invasif perlu diperluas. 5. Stem Sel Turunan Sel Sumsum Dewasa (BMCS) Perhatian dalam stem sel turunan sumsum tulang telah termotivasi oleh property neovaskularisasi dan angiogenesis dan efek ini meningkat dengan kehadiran hormone pertumbuhan spesifik dan sitokin (misalnya GCSF). Efek manfaat sel ini pada pada sistem vaskuler yang mengalami kerusakan telah dikonfirmasi dan dan kemudian diperluas untuk penelitian pada infark miokard tikus [44] yang mana sel sumsum tulang diimplantasikan dapat berdiferensiasi menjadi miosit dan pembuluh darah koroner dan dengan demikian memperbaiki fungsi jantung yang rusak. Karena implantasi BMCs memerlukan intervensi pembedahan dan prosedurnya sering disertai angka kematian yang tinggi, dengan hanya 4055 pencangkokan yang berhasil, pengembangan metode invasif menjadi sangat penting. Salah satu pendekatan adalah yang seperti digunakan pada pengobatan sitokin, faktor stem sel (SCF) dan faktor perangsangan koloni granulosit (G-CSF), untuk mobilisasi endogen (BMCs) dan langsung berintegrasi atau menempatkan pada jantung yang infark sehingga menimbulkan perbaikan. Tikus disuntik dengan SCF 9200mcg/kg/hari) dan G-CSF (50mcg/kg/ghari) menunjukkan peningkatan yang substansial dalam jumlah stem sell yang bersirkulasi dari 29 kontrol yang tidak diobati menjadi 7.200 sitokin tikus yang diobati. BMCs endogen ditunjukkan untuk meningkatkan miosit kardiak yang baru dan pembuluh darah koroner, dan turunan BMCs meregenarasi miokard menghasilkan peningkatan fungsi dan ketahanan hidup jantung. Temuan
serupa mengenai perbaikan yang dimediasi sel pada infark miokard tikus telah diperoleh dengan menggunakan transplantasi BMCs dimana telah menimbulakan proliferasi pada miosit dan struktur vaskuler [45]. Merupakan sesuatu yang penting untuk menunjukkan bahwa sumsum tulang berisi beberapa populasi stem sel dengan fenotip yang saling tumpang tundih, termasuk stem sel hemapoeitic (HSCs), stem sel precursor endhotel (EPCs), stem sel mesenchy (MSCs), sel progenitor multipotent dewasa (MAPCs). Ketika sel progenitor endhotel (EPCs) berasal dari prekursor sel hemangioblast di sumsum tulang ditransfer pada target area impalantasi miokard , akan beridiferensiasi secara in situ dan mendorong pertumbuhan pembuluh darah baru, sebuah metode yang telah diaplikasikan mada beberapa model hewan yang mengalami iskemi miokard [46]. Turunan prekursor / stem sel sumsum tulang ini dapat juga mencegah progresi dari apoptosis kardiomiosit dan remodeling stem kardiak. Terlebih, terdapat bukti bahwa EPCs dewasa dapat bertrans-diferensiasi menjadi kardiomiosit aktif [48], walaupun sejauh mana hal ini terjadi masih belum diketahui. Pada lain pihak stem sel turunan sumsum tulang menghamabat plastisitas tingkat tinggi sehingga memungkinkan mereka untuk digunakan sebagai sumber autolog dari sel progenitor (dari dewasa). Dengan kemampuan yang potensial untuk berdiferensiasi menjadi kardiomiosit dan dapat digunakan pada kardiomioplasti selular. Setelah pengobatan dengan agen khusus (misalnya 5-azacytidine), MSCs dapat berferensiaasi menjadi hentakan kardiomiosit yang sinkron [49]. Penyuntukan MSCs setelah berekspansi pada kultur dapat juga digunakan untuk menyelamatkan fenotipe kardiak tikus yang abnormal [50] dan dapat meningkatkan efektifitas dalam memperbaiki kerisakan kardiak yang lebih luas termasuk infark miokard. Selain itu, HSCS sumsum tulang yang berasal dan
subpopulasi sel HSC disebut SP sel telah dilaporkan pada transplantasi untuk memperbaiki infark miokardium, mendorong pertumbuhan kardiomiosit baru, sel-sel otot endotel dan halus [51]. Sementara ini perbaikan sel miokard termediasi dikarakteristikkan sebagai hasil kemampuan HSCs untuk berdiferensiasi menjadi kardiomiosit, plastisitas HSC telah sulit untuk mereproduksi dan baik maknanya dan dasar tetapnya belum ditentukan. 5.1. Keuntungan Transplantasi Sel BM Dewasa Ada bukti bahwa pengobatan dengan BMCs dapat memperbaiki kerusakan miokard dan pembuluh darah dengan meningkatkan angiogenesis. Pengaruh transplantasi BMCs (yang dapat mencakup prekursor sel endotel) vaskular pada pertumbuhan secara signifikan dapat mempengaruhi pemulihan jantung yang rusak, yaitu dengan meningkatkan ketersediaan oksigen, meskipun hal ini tergantung pada setting miokard apakah infark miokard akut atau gagal jantung [47]. Selain itu, autologously yang diturunkan untuk transplantasi adalah alternatif yang menarik, karena sumsum tulang sel mesenchymal dapat segera diisolasi dalam kebanyakan kasus. Selain itu, perluasan jumlah BMC oleh pertumbuhan in vitro dapat dengan mudah dicapai dengan pertumbuhan kuat sel mesenchymal dalam budaya. Hal ini penting bahwa metode ini melewati banyak pusaran etika dan hukum yang terkait dengan penggunaan ESCs. 5.2. Keterbatasan / Masalah dengan Transplantasi BMC Dewasa Mekanisme augmentasi BMC-dimediasi jumlah kardiomiosit dan fungsinya masih kontroversial. Beberapa studi telah menyarankan bahwa efek dari transplantasi sel induk dewasa pada jantung resipien bukan merupakan akibat dari transdifferensiasi [52], tetapi mungkin timbul sebagai akibat dari fusi sel dengan kardiomiosit yang sudah ada atau terjadi sebagai fungsi efek parakrin dari transfected sel [53] sementara yang
lain mempertahankan bahwa ada bukti untuk transdiferensiasi [46,54-57]. Fusi sel telah ditunjukkan antara kardiomiosit dan nonkardiomiosit secara in vivo dan in vitro [58-59] dan data dalam mendukung transdifferentiation (terutama dengan HSCS) tidak selalu dapat ditiru. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengklarifikasi isu-isu ini dan mendamaikan klaim yang bertentangan serta memberikan informasi tambahan tentang tingkat fusi sel dan waktu ketika itu terjadi. Demikian pula diperlukan penggambaran secara hati-hati mengenai transdifderensiasi dari orang dewasa yang terdefinisi dengan baik pada jenis sel induk. Sayangnya, masalah penting dalam replikasi percobaan ini dan dalam menentukan efek dari BMCs terletak pada heterogenitas besar dari populasi BMCs yang digunakan. Keterbatasan dari sebagian besar studi klinis dengan transplantasi stem sel dewasa non-sel jantung berkaitan dengan stabilitas potensi diferensiasi fenotipe, karena penelitian ini terutama memeriksa keuntungan jangka pendek. Namun, penting untuk menggarisbawahi tidak adanya efek samping di lebih dari 100 pasien diteliti. Hal ini berbeda dengan aritmia pada pencangkokan myoblast [40]. Karena kurangnya teknik yang berhasil secara efektif mengobati gagal jantung, ada tekanan (terutama dari dokter) untuk mempercepat aplikasi klinis sel transplantasi bahkan sebelum mekanisme (dan juga efek jangka panjang) sepenuhnya dipahami. 5.3 Bagaimana Informasi Terdahulu Diterjemahkan pada Studi Klinis Manusia Karena sebagian besar penelitian BMC saat ini dilakukan pada tikus, pertanyaan kritis adalah apakah model ini benarbenar berlaku untuk manusia. Studi awal pada manusia menunjukkan bahwa transplantasi BMC dan sitokin rumah dapat ke daerah cedera dan mempromosikan neovaskularisasi di daerah-daerah dimana mereka dibutuhkan. Apakah BMCs cukup bisa dicangkokkan untuk memperbaiki daerah
yang rusak dalam hati manusia yang cenderung lebih besar dalam ukuran daripada di jantung tikus masih harus dilihat. Selain itu, dipertanyakan jika terapi sel sumsum tulang manusia dewasa bekerja terhadap salah satu dari berikut: kematian sel apoptosis, cedera iskemik, kardiomiopati, yang cardiomyopathy penuaan, konduksi jantung cacat aritmia / dan cacat jantung pada bayi / anak-anak. Hasil awal dari uji klinis pada manusia telah menunjukkan perbaikan moderat dalam fungsi jantung pasien dengan iskemia miokard akut dan infark [60-62]. Ketika transplantasi diterapkan pada pasien dengan penyakit jantung kronis atau kerusakan sekunder infark miokard hasil kurang definitif. 6. Stem Sel Jantung Dewasa (ACS) Informasi yang saat ini tersedia pada berbagai populasi stem sel di jantung dewasa telah muncul dari penelitian di beberapa laboratorium. Namun, masih banyak pertanyaan tentang asal-usul, struktur, fungsi lokasi, tepat dan peraturan sel-sel ini. Keberadaan Lin-kit c-+ sel dalam miokardium dewasa tikus dengan sifatsifat sel-sel induk telah dilaporkan [63]. Sel-sel ini memperbaharui diri dan dapat diperbanyak selama beberapa bulan, dapat dikembangkan dalam kultur, dan multipoten, dan dapat menimbulkan kardiomiosit, otot polos, dan sel endotel. Ketika disuntikkan ke jantung iskemik, Lin-c-kit + sel berkontribusi pada pembentukan endotelium dan otot polos pembuluh darah dan regenerasi miokardium di kawasan nekrosis, meningkatkan fungsi pompa dan geometri ruang ventrikel [64]. Isolasi dan karakterisasi populasi kecil pada sel-sel jantung dewasa yang diturunkan dari sel progenitor jantung (dari miokardium tikus postnatal) mengekspresikan penanda permukaan sel induk-antigen 1 (SCA-1 +) dan aktivitas telomerase reverse transcriptase, terkait dengan potensi pembaharuan diri, barubaru ini juga telah dilaporkan [65-66]. Selsel ACS ini secara selektif diisolasi oleh sistem pemilahan sel magnetik dan tidak
menyatakan gen struktural jantung atau Nkx2.5. Sel-sel dapat berdiferensiasi secara in vitro membentuk kardiomiosit berdenyut, sebagai tanggapan terhadap DNA demethylating 5'agen-azacytidine. Peningkatan ekspresi lain faktor transkripsi kardiogenik (gata-4, MEF-2C) ditunjukkan oleh microarray profil membedakan sel ACS seperti yang ditemukan dalam sel-sel sumsum tulang stroma dengan potensi kardiogenik. Demikian pula, ketika diobati dengan oksitosin, stem sel jantung SCA-1 + mengekspresikan gen faktor transkripsi jantung dan protein kontraktil dan struktur sarcomeric ditunjukkan dan berdenyut spontan. [67]. Setelah produksi intravena, stem sel -SCA 1 + jantung dapat ditempatkan di miokardium yang terluka oleh iskemia / reperfusi dan fungsional dapat berdiferensiasi in situ. Laugwitz dan asosiasi [68] baru-baru ini melaporkan adanya populasi cardioblasts baik pada jantung embrio maupun postnatal (dari tikus, tikus dan manusia) berjumlah hanya beberapa ratus per jantung diidentifikasi berdasarkan ekspresi mereka dari faktor transkripsi LIM-homeodomain , Isl1. Kelompok ini stem sel jantung terutama lokal di atrium, ventrikel kanan, dan daerah saluran keluar (di mana Isl1 paling lazim disajikan selama organogenesis jantung). Stem sel turunan miokard dapat diisolasi, ditransplantasikan, bertahan dan bereplikasi dalam jantung yang rusak dengan bukti perbaikan fungsional [69]. 6.1. Keuntungan Sel ACS Sementara implantasi myoblasts rangka dan transplantasi BMC dewasa muncul dan tampak menjanjikan, transplantasi sel ACS mungkin lebih efektif daripada transplantasi BMC dewasa, karena sel-sel induk jantung mungkin lebih baik diprogram. Identifikasi lebih jauh, pemurnian dan karakterisasi lebih lanjut dan sel ACS serta pengetahuan yang terperinci dari interaksi mereka dengan lingkungan jantung atau niche sangat penting dilakukan jika kita ingin mencapai tujuan utama dari regenerasi /
transplantasi jaringan untuk mengobati infark miokard. 6.2. Keterbatasan Sel ACS Sampai saat ini, data tentang keberadaan sel ACS langka. Subset stem sel ini tampaknya sangat terbatas jumlahnya, sulit untuk mengidentifikasi dan berkembang dalam kultur sehingga membatasi karakterisasi dan pemanfaatan, cenderung memberikan kontribusi berupa kesulitan dalam reproduksi eksperimen mengenai proses isolasi dan transplantasi. Selain itu, saat ini tidak ada konsensus mengenai definisi penanda selektif spesifik untuk jenis-sel (lihat Tabel 1). 6.3. Rekomendasi Perlu usaha yang besar untuk secara penuh mengambarkan populasi sel progenitor jantung yang relavan dan mengoptimalkan konsidi untuk transplantasi yang efisien, penempatan, diferensiasi dan integrasi ke dalam miokardium. Memahami faktor-faktor yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan, penempatan, dan diferensiasi memungkinkan cara-cara khusus untuk meningkatkan produksi dan manfaat fungsional atas transplantasi. Selain itu, informasi ini juga dapat menjelaskan pengaktifan endogen sel induk jantung yang berkontribusi untuk memperbaiki jantung. Juga, untuk mendefinisikan jenis-jenis cacat jantung serta jenis gangguan yang paling baik diobati dengan sel ini, termasuk pengetahuan yang jelas tentang tempat terbaik di jantung untuk menempatkan langsung sel-sel ini. Misalnya, penanaman sel dalam suatu daerah nekrosis dan / atau ketersediaan oksigen rendah mungkin tidak berhasil sedangkan sel-sel di daerah hibernating myocardium mungkin bisa berhasil. Stabilitas jangka panjang dan fungsi sel ACS yang dicangkokkan menunggu untuk didefinisikan. Apakah sel ACS dapat digunakan sebagai platform untuk modifikasi gen ex vivo, termasuk pengenalan gen terapi, apakah suatu
ekspresi yang kuat dari gen tertentu dapat diarahkan dalam sel tersebut, dan jika respon proliferasi meningkat pada sel-sel progenitor jantung dapat dipengaruhi oleh pengenalan gen perkembangan sel-siklus tetap terlihat. 7. Penggambaran dari Identitas Sel Dari pembahasan sebelumnya, harus jelas bahwa elemen kritis dalam mengidentifikasi sel yang dicangkokkan dalam jantung dan dalam sejumlah kasus bahkan sebelum transplantasi, adalah tugas penting untuk mengetahui identitas tipe sel. Pada Tabel 1, kami menyediakan daftar penanda molekuler endogen yang telah digunakan untuk membentuk suatu fenotipe jantung yang berbeda yang dihasilkan dari transplantasi sel induk yang berbeda, termasuk sel-sel sumsum tulang, sel induk embrionik dan sel stem jantung yang diturunkan. Selain penanda endogen yang tersedia untuk menetapkan identitas sel, GFP telah banyak digunakan sebagai reporter untuk menentukan sel donor. Menandai sel-sel dengan kromosom DAPI noda telah berhasil, karena DAPI noda dari sel-sel mati dapat dengan mudah dimasukkan oleh sel nonditandai [75]. Penanda genotipe juga telah ditunjukkan untuk menjadi alat yang ampuh dalam menilai identitas sel. Dalam beberapa studi perbaikan kardiovaskular diri di mana hati perempuan allografted ke penerima laki-laki manusia, keberadaan kromosom Y dinilai dalam pembuluh darah koroner dan di kardiomiosit [76-79] karena kromosom Y dapat mudah dilihat oleh pewarnaan cyto-chemical atau dengan hibridisasi in situ fluoresensi. Namun, penilaian tingkat chimerism jantung yang dilaporkan dalam studi ini
mengungkapkan variasi yang sangat mencolok mulai dari tingkat rendah dari Y-kromosom mengandung kardiomiosit (0,02-01%) [77-78] untuk tingkat tinggi (30%) [79], menekankan kebutuhan kritis untuk menetapkan kriteria ketat oleh yang chimerism diidentifikasi. Identifikasi inti dengan kromosom-Y sendiri tidak cukup, tetapi harus tegas terkait dengan baik kapal miokard atau struktur kardiomiosit (yaitu dengan mikroskop confocal). Jika tidak, itu adalah mungkin untuk atribut inti kromosom Y-positif menjadi tuan rumah sel-sel yang terlibat dalam respon imun dan infiltrasi inflamasi, dan tidak untuk regenerasi jantung. Ada juga beberapa indikasi bahwa penggunaan analisis kromosom dapat menyebabkan meremehkan sel transfected karena adanya inti yang mungkin tidak dihitung ketika di bagian histologi [46]. Deteksi penanda fenotipe sel dengan analisa real-time, mikroskop confocal dan metodologi deteksi non-invasif menggunakan Magnetic Resonance Imaging (MRI) baru saja mulai diterapkan dalam penilaian dari transplantasi sel. Real-time visualisasi dapat memberikan identifikasi daerah infark miokard dan pengiriman tepat dipandu MRI-agen terapeutik, dengan situs injeksi diidentifikasi oleh agen kontras. Agen kontras MRI Novel izin visualisasi ekspresi gen pada resolusi selular, dan dapat digunakan juga untuk mendeteksi sel apoptosis [80-81]. Label yang sesuai dan deteksi sel induk oleh MRI harus dapat melacak mereka dalam distribusi in vivo, dan memungkinkan sekilas nasib mereka dari waktu ke waktu [82-83].
(Gracia JM. CSCRT. 2006).
8. Tipe Stem Sel Manakah yang Digunakan untuk Penyakit Jantung ? Sebuah perbandingan singkat dari keuntungan dan keterbatasan tipe sel yang baru-baru ini digunakan dalam cardiac transplantation seperti yang tertera pada tabel 2. Saat cara yang jelas/cepat belum ada, dimana tipe sel paling baik untuk ditransplantasikan dalam perbaikan myocardial, ada beberapa sebab untuk percaya bahwa perkembangan keserberagaman pendekatan dalam aplikasi rekayasa sel akan diperlukan untuk mengembangkan terapi baru pada gangguan cardiac yang berbeda.
Pendekatan ini untuk mengobati gagal jantung mungkin memerlukan transplantasi sel-jenis (misalnya, tulang myoblasts) yang berbeda dari yang digunakan dalam target pengobatan aritmia jantung, gangguan konduksi dan cacat bawaan. Hal ini juga kemungkinan bahwa jangka panjang perbaikan dari miokardium berfungsi penuh, mungkin memerlukan lebih banyak dari satu sel tunggal tipe-misalnya, kardiomiosit, fibroblast, dan sel endotel-dalam generasi dan integrasi cangkok jantung stabil dan responsif.
9. Perkembangan Lain Dalam Teknologi Rekayasa Sel Penyempurnaan dari nuklir, cybrid transfer dan fusi sel memungkinkan rekayasa teknik lebih lanjut dari stem sel memberikan proteksi jantung, atau merangsang antioksidan atau tanggapan antiapoptotic dalam miokardium. Teknik in juga mungkin mengizinkan penargetan spesifik cytopathies berbasis mitokondria [84]. Untuk mengidentifikasi aspek lingkungan jantung yang mungkin berkontribusi pada pertumbuhan dan perkembangan transplantasi myoblasts in vivo, matriks 3-dimensi telah dirancang sebagai sebuah novel dalam sistem in vitro yang meniru beberapa aspek dari lingkungan listrik dan biokimia dari miokardium asli. Struktur ini memungkinkan resolusi yang lebih baik sinyal listrik dan biokimia yang mungkin terlibat dalam proliferasi myoblast dan
plastisitas. Myoblasts telah ditumbuhkan pada asam mesh 3-D polyglycolic perancah dalam kondisi kontrol di hadapan arus listrik fluks seperti jantung, dan di hadapan media kultur yang telah dikondisikan oleh kardiomiosit matur [85]. Seperti perancah yang mengandung baik janin atau agregat neonatal dari sel jantung yang berdenyut telah digunakan untuk menghasilkan cangkok jantung buatan ditransplantasikan ke miokardium yang terluka dengan penyembuhan fungsi ventrikel ,dan pembentukan dari gap-junction fungsional antara sel yang dicangkokkan dan miokardium [86-87]. Kombinasi terapi gen dan rekayasa sel induk adalah sebuah pendekatan menarik untuk mengobati gangguan jantung. Ekspresi (dan dalam beberapa kasus penghambatan ekspresi) protein tertentu dapat mengakibatkan perubahan mencolok dalam kardiomiosit dan fenotipe jantung. Kardiomiosit fungsi
spesifik, termasuk saluran ion, konduksi jantung, kontraktilitas dan proliferasi myocyte telah terbukti dipengaruhi oleh transfer gen dan ekspresi protein spesifik [88-90]. Terapi Cell-based untuk hati terluka atau disfungsional dapat ditingkatkan dengan menggunakan ex vivo rekayasa genetika sel punca untuk memberikan gen dan protein. Sebagai contoh, transplantasi sel batang mesenchymal telah terbukti menjadi perangkat efektif untuk menyampaikan protein saluran yang terlibat dalam aktivitas pacemaker aktivitas (misalnya, saluran HCN2 protein) mengakibatkan modifikasi irama jantung in vivo [91]. Pada hewan model kardiomiopati iskemik, pengenalan faktor pertumbuhan endotel vaskular (VEGF) dan pengaruhnya pada kedua angiogenesis dan fungsi ventrikel kiri nyata ditingkatkan dalam hati dengan myoblasts rangka VEGF-transfected dibandingkan dengan hati langsung disuntik dengan adenoviral-VEGF membangun [92].
10. Komentar Penutup Penemuan cardiogenesis pada hewan dewasa dan manusia merupakan salah satu kemajuan yang sangat signifikan di bidang kardiologi dalam 25 tahun terakhir. Sebelumnya, ahli jantung yang paling percaya bahwa kelahiran kardiomiosit baru hanya terbatas pada jantung janin dan bayi. Dogma ini barubaru ini runtuh ketika para peneliti menemukan bahwa jantung tikus dewasa, tikus dan manusia mengalami perubahan jantung yang signifikan sebagai fungsi dari usia. Kardiomiosit baru lahir / homing ke daerah miokard relevan dengan jalur jantung, dan kemudian dapat mengintegrasikan secara struktural sehingga fungsi miokard dapat dipulihkan dan jaringan baru dapat diproduksi. Temuan ini telah memicu sejumlah besar penemuan paralel pada tikus, tikus, dan manusia, dengan implikasi dramatis bagi bagaimana kita berpikir plastisitas tentang jantung dan
peran potensial dalam merehabilitasi individu dengan iskemia miokard / infark, gagal jantung dan berbagai jenis kardiomiopati, termasuk kardiomiopati penuaan. Secara ringkas, meningkatkan kemampuan kita untuk memahami fungsi yang berbeda kardiomiosit / jalur diferensiasi jantung secara detail akhirnya akan memungkinkan penggantian jaringan, transplantasi orang lain, dan ketidakseimbangan pergeseran pada molekul dan biokimia jantung. Dengan awal dan kemajuan pesat dalam rekayasa sel, kita mengharapkan untuk melihat akhir kelainan jantung yang melemahkan kehidupan manusia dan membangkrutkan sistem perawatan kesehatan.
11. Daftar Pustaka 1. Hunt SA. Current status of cardiac transplantation. J Am Med Assoc 1998;280:1692 – 1698. 2. Risau W. Mechanisms of angiogenesis. Nature 1997;386:671–674. 3. Braunwald E, Pfeffer MA. Ventricular enlargement and remodeling following acute myocardial infarction: mechanisms and management. Am J Cardiol 1991;68:1D–6D. 4. Scorsin M, Marotte F, Sabri A et al. Can grafted cardiomyocytes colonize peri-infarct myocardial areas? Circulation 1996;94:II337– II340. 5. Soonpaa MH, Koh GY, Klug MG, Field LJ. Formation of nascent intercalated disks between grafted fetal cardiomyocytes and host myocardium. Science 1994;264:98–101. 6. Menasche P, Hagege AA, Scorsin M et al. Myoblast transplantation for heart failure. Lancet 2001;357:279–280. 7. Marelli D, Desrosiers C, el-Alfy M, Kao RL, Chiu RC. Cell transplantation for myocardial
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
repair: an experimental approach. Cell Transplant 1992;1:383–390. Taylor DA, Atkins BZ, Hungspreugs P et al. Regenerating functional myocardium: improved performance after skeletal myoblast transplantation. Nat Med 1998;4:929–933. Tomita S, Li RK, Weisel RD et al. Autologous transplantation of bone marrow cells improves damaged heart function. Circulation 1999;100:II247– II256. Orlic D, Kajstura J, Chimenti S et al. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Nature 2001;410:701–705. Jackson KA, Majka SM, Wang H et al. Regeneration of ischemic cardiac muscle and vascular endothelium by adult stem cells. J Clin Invest 2001;107:1395–1402. Asahara T, Murohara T, Sullivan A et al. Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis. Science 1997;275:964–967. Toma C, Pittenger MF, Cahill KS, Byrne BJ, Kessler PD. Human mesenchymal stem cells differentiate to a cardiomyocyte phenotype in the adult murine heart. Circulation 2002;105:93– 98. Shi Q, Rafii S, Wu MH et al. Evidence for circulating bone marrow-derived endothelial cells. Blood 1998;92:362–367. Klug MG, Soonpaa MH, Koh GY, Field LJ. Genetically selected cardiomyocytes from differentiating embryonic stem cells form stable intracardiac grafts. J Clin Invest 1996;98:216– 224. Yamashita J, Itoh H, Hirashima M et al. Flk1-positive cells derived from embryonic stem cells serve as vascular progenitors. Nature 2000;408:92–96. Tabibiazar R, Rockson SG. Angiogenesis and the ischaemic heart. Eur Heart J 2001;22:903– 918.
18. Ware JA, Simons M. Angiogenesis in ischemic heart disease. Nat Med 1997;3:158– 164.
